DE19935472C2

DE19935472C2 - Steam generation plant with a nuclear reactor and a steam generator

Info

Publication number: DE19935472C2
Application number: DE19935472A
Authority: DE
Inventors: Andre Leber; Werner Froehling
Original assignee: Forschungszentrum Juelich GmbH
Current assignee: Forschungszentrum Juelich GmbH
Priority date: 1999-07-28
Filing date: 1999-07-28
Publication date: 2002-04-25
Anticipated expiration: 2019-07-29
Also published as: DE19935472A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Dampferzeugungsanlage, beste hend im wesentlichen aus einem Kernreaktor mit einem Re aktorkern und einem Dampferzeuger mit einem Wärmetau scher, wobei Reaktorkern und Wärmetauscher über ein Zir kulationsleitungssystem für den Kreislauf eines Wärmeträ gergases verbunden sind und das Zirkulationsleitungssy stem ein Zuströmleitungssystem für die Zuführung des im Reaktorkern erhitzten Wärmeträgergases für den Wärmetau scher und ein Rückströmleitungssystem für die Rückführung des Wärmeträgergases von dem Wärmetauscher zu dem Reak torkern aufweist.The invention relates to a steam generating plant, best essentially consisting of a nuclear reactor with a Re actuator core and a steam generator with a heat rope shear, the reactor core and heat exchanger via a Zir system for the circulation of a heat transfer gergases are connected and the circulation line system stem an inflow line system for the supply of the im Heated heat transfer gas for the heat rope shear and a return flow line system for the return of the heat transfer gas from the heat exchanger to the reac has core.

Dampferzeugungsanlagen der vorstehenden Art sind als Mo dulanlagen bekannt, bei denen ein Modul von einem Kernre aktor in Form eines Hochtemperatur- bzw. Kugelhaufenreak tors und ein Modul von einem Dampferzeuger gebildet wird. Kernreaktor und Dampferzeuger sind - wie in Fig. 1 näher dargestellt - über das Zirkulationsleitungssystem eines Primärkreises verbunden, in dem ein Wärmeträgergas - meist Helium - zwischen Reaktorkern und Wärmetauscher zirkuliert. Dabei wird das Wärmeträgergas von oben nach unten durch den Kugelhaufen des Reaktorkerns hindurchge leitet und wird dabei erhitzt. Das nach unten abgezogene Wärmeträgergas wird dann über ein Zuströmleitungssystem in den Dampferzeuger geleitet, dessen Wärmetauscher es dann von oben nach unten durchströmt. Über ein Rückström leitungssystem wird das durch Wärmeabgabe an einen Sekun därkreislauf abgekühlte Wärmeträgergas wieder in den Kernreaktor zurückgeführt und strömt dann wieder von oben in den Reaktorkern ein. Im Sekundärkreislauf zirkuliert Dampf, der zur Erzeugung von elektrischer Energie und/oder von Fernwärme und/oder zu Prozeßzwecken genutzt werden kann (vgl. Broschüre: Der HTR-Modul, KWU/INTERATOM, 5/1985).Steam generating plants of the above type are known as Mo dulanlagen, in which a module from a Kernre actuator in the form of a high temperature or Kugelhaufenreak tors and a module is formed by a steam generator. Nuclear reactor and steam generator are - as shown in Fig. 1 - connected via the circulation line system of a primary circuit, in which a heat transfer gas - usually helium - circulates between the reactor core and the heat exchanger. The heat transfer gas is passed from top to bottom through the pebble of the reactor core and is heated in the process. The heat carrier gas drawn off downwards is then fed into the steam generator via an inflow line system, the heat exchanger of which then flows through it from top to bottom. Via a return flow line system, the heat transfer gas cooled by heat transfer to a secondary circuit is returned to the nuclear reactor and then flows again from above into the reactor core. Steam circulates in the secondary circuit, which can be used to generate electrical energy and / or district heating and / or for process purposes (see brochure: The HTR module, KWU / INTERATOM, 5/1985).

Bei solchen Dampferzeugungsanlagen besteht grundsätzlich die Möglichkeit, daß im Dampferzeuger eine Leckage ent steht und auf diese Weise Wasser in Form von Dampf und Wassertropfen über das Rückströmleitungssystem bis in den Reaktorkern vordringt. Da Wasser mit dem Graphit im Kern reaktor reagiert, führt dies zur Korrosion der Brennele mente und zur Bildung brennbarer Gase. Mit der Wasserzu fuhr ändert sich auch die Reaktivität im Kern. Die damit verbundenen Auswirkungen auf die Leistungsproduktion und die Temperatur im Reaktorkern reichen von mäßigen Korro sionsschäden bis hin zu schweren Unfällen mit weitrei chenden Folgen.In such steam generating plants there is basically the possibility that there is a leak in the steam generator stands and in this way water in the form of steam and Drops of water via the return flow line system into the Core penetrates. Because water with the graphite in the core reactor reacts, this leads to corrosion of the fuel elements and for the formation of flammable gases. With the water supply drove also changes the reactivity in the core. The one with it related impact on power production and the temperature in the reactor core range from moderate corro damage to serious accidents with widespread use consequences.

Aus diesem Grund wird in Dampferzeugungsanlagen der vor genannten Art der Wasserdampfgehalt im Wärmeträgergas ständig überwacht. Bei Überschreiten eines Grenzwertes wird ein Reaktorschutzsystem aktiviert, durch das Ab schaltstäbe in den Reaktorkern eingefahren, das Gebläse für die Zirkulation des Wärmeträgergases abgeschaltet und der wärmetauscher abgesperrt und entleert wird. Diese Maßnahmen vermeiden, daß unzulässige Wassermengen bis in den Reaktorkern vordringen. Bei diesem Reaktorschutzsystem han delt es sich allerdings um ein aktives System, so daß auch bei redundanter Ausführung die Möglichkeit des Ver sagens besteht.For this reason, the front is used in steam generation plants mentioned type of water vapor content in the heat transfer gas constantly monitored. When a limit is exceeded a reactor protection system is activated by the Ab control rods retracted into the reactor core, the blower switched off for the circulation of the heat transfer gas and the heat exchanger is shut off and emptied. This Take measures to prevent impermissible amounts of water up to penetrate the reactor core. With this reactor protection system han However, it is an active system, so that the possibility of ver says.

In der US 4 469 051 ist eine Dampferzeugungsanlage für einen Kernreaktor des Typs Schneller Brüter beschrieben, dessen Dampferzeuger im Sekundärkreislauf eine Vielzahl von Ventilen aufweist. An dem einen Ende des Dampferzeu gers sind Ventile angeordnet, bei denen Ventilverschluß glieder an Stegen mit Sollbruchstellen befestigt sind. Bei einer Leckage brechen die Stege, und die Ventilver schlußglieder werden durch die dynamischen Kräfte des Dampfs in die Schließstellung gebracht. Bei einem anderen Teil der Ventile sind die Ventilverschlußglieder frei be weglich geführt. Im Falle einer Leckage werden diese Ven tilverschlußglieder ebenfalls durch dynamische Strömungs kräfte in die Schließstellung bewegt.In US 4,469,051 is a steam generating plant for described a fast breeder type nuclear reactor, whose steam generator in the secondary circuit a variety of valves. At one end of the steam generator gers valves are arranged in which valve closure links are attached to webs with predetermined breaking points. If there is a leak, the webs and the valve ver the dynamic links of the Steam brought into the closed position. Another one Part of the valves, the valve closure members are free led away. In the event of a leak, these Ven Tilt closure members also through dynamic flow forces moved into the closed position.

Das vorbeschriebene System ist sehr aufwendig. Zudem kommt es bei einem Teil der Ventile zu Zerstörungen, die dazu zwingen, die Ventile vor dem Wiederanfahren des Reaktors auszubauen und durch neue zu ersetzen. The system described above is very complex. moreover some of the valves are destroyed, which force the valves before restarting the To expand the reactor and replace it with new one.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrich tung vorzusehen, die ein Eindringen unzulässiger Wasser mengen in den Reaktorkern zuverlässig und mit einfachen Mitteln unterbindet, selbst wenn das vorhandene Reaktor schutzsystem ausfällt.The invention has for its object a Einrich device to prevent ingress of impermissible water quantities in the reactor core reliably and with simple Means prevented even if the existing reactor protection system fails.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß dem Rückströmleitungssystem eine Schwimmerventileinrich tung zugeordnet ist, über die das Rückströmleitungssystem verschließbar ist. Grundgedanke der Erfindung ist es al so, eine Schwimmerventileinrichtung vorzusehen, bei der das im Fall einer Leckage in das Rückströmleitungssystem eindringende Wasser zum Aufschwimmen eines Schwimmers oder mehrerer Schwimmer führt, der bzw. die das Rück strömleitungssystem verschließt bzw. verschließen und so mit ein weiteres Vordringen von Dampf und Wassertropfen in den Reaktorkern unterbindet bzw. unterbinden. Die bis zum Verschließen in den Reaktorkern gelangende Wassermen ge ist so gering, daß sie keine weitreichenden Schäden verursacht. Da das System passiv arbeitet, ist seine Funktion nicht von äußeren Einflüssen, insbesondere nicht von einer Energiezufuhr, abhängig. Das gilt insbesondere für den Fall, daß das Reaktorschutzsystem versagt.This object is achieved in that the return flow line system a float valve device device is assigned via which the return flow line system is lockable. The basic idea of the invention is al so to provide a float valve device in which in the event of a leak in the return line system penetrating water to float a swimmer or more swimmers, the one or the back flow line system closes or close and so with further penetration of steam and drops of water prevented or prevented in the reactor core. The up water in the reactor core to be sealed ge is so low that it has no far-reaching damage caused. Since the system works passively, its Function not from external influences, especially not dependent on an energy supply. This is especially true in the event that the reactor protection system fails.

In Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Schwimmerventileinrichtung derart ausgebildet ist, daß sich an den Wandungen des Rückströmleitungssystems ab scheidende Flüssigkeit in die Schwimmerventileinrichtung einfließt. Auf diese Weise gelangen schnell ausreichende Mengen an Wasser in die Schwimmerventileinrichtung und führen zum Verschließen des Rückströmleitungssystems.In an embodiment of the invention it is provided that the Float valve device is designed such that on the walls of the return flow line system separating liquid into the float valve device flows. In this way, sufficient quickly arrive Amounts of water in the float valve device and lead to the closure of the return flow line system.

Vorzugsweise sollte die Schwimmerventileinrichtung im Be reich des Wärmetauschers angeordnet sein, insbesondere wenn der Wärmetauscher in an sich bekannter Weise einen untenseitigen Auslaß in das Rückströmleitungssystem auf weist und das Rückströmleitungssystem einen außenseitig am Wärmetauscher hochlaufenden Rückströmabschnitt auf weist. Dann sollte die Schwimmerventileinrichtung im Be reich der Unterseite des Wärmetauschers angeordnet sein, und zwar zweckmäßigerweise zu Beginn des Rückströmab schnittes. In diesem Bereich findet eine Umlenkung des Wärmeträgergases nach oben und außen statt, was die Ab scheidung von Dampf und Wassertropfen an der Außenwand des Rückströmabschnittes begünstigt.Preferably, the float valve device in the loading be arranged rich of the heat exchanger, in particular if the heat exchanger in a manner known per se bottom outlet in the return line system points and the return flow line system an outside at the heat exchanger running backflow section has. Then the float valve device in the loading be arranged richly on the underside of the heat exchanger, and expediently at the beginning of the return flow section. In this area there is a redirection of the Heat transfer gas upwards and outwards instead of what the Ab Separation of steam and water drops on the outer wall of the backflow section favored.

Die Schwimmerventileinrichtung ist vorzugsweise als ring förmiges Schwimmerventil ausgebildet, das sich unterhalb des Einlasses des Rückströmabschnittes erstreckt. Es kann eine ringförmige Schwimmerkammer aufweisen, in der wenigstens ein Schwimmer, zweckmäßigerweise ein einziger ring förmiger Schwimmer, angeordnet ist.The float valve device is preferably a ring shaped float valve, which is located below the inlet of the return flow section. It can have an annular float chamber in which at least a swimmer, suitably a single ring shaped float, is arranged.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Schwimmer derart ausgebildet ist, daß er in Schließstellung der Schwimmerventileinrichtung am Wärme tauscher abdichtend anliegt. Der Wärmetauscher selbst ist also eine Art Ventilsitz, wobei die Anlagefläche an die Formgebung des Schwimmers angepaßt sein sollte.In a further embodiment of the invention, that the float is designed so that it in Closed position of the float valve device on heat exchanger is sealed. The heat exchanger itself is So a kind of valve seat, with the contact surface to the Shape of the float should be adapted.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn in dem Rückströmlei tungssystem eine Tropfenfängereinrichtung oberhalb der Schwimmerventileinrichtung vorgesehen ist und die Trop fenfängereinrichtung in dem Rückströmleitungssystem der art angeordnet und ausgebildet ist, daß aufgefangene Flüssigkeit in die Schwimmerventileinrichtung einfließt. Hierdurch wird das Schließen der Schwimmerventileinrich tung beschleunigt, so daß nur geringe Mengen Wasser in den Kernreaktor gelangen. Die Tropfenfängereinrichtung ist vorzugsweise an der Außenwand des Rückströmleitungs systems angeordnet, und zwar vorzugsweise als nach unten offene Auffangrinne.It is particularly advantageous if in the return flow a dropping device above the Float valve device is provided and the trop fenfängereinrichtung in the return line system of Art arranged and trained that trapped Liquid flows into the float valve device. This will close the float valve device tion accelerated, so that only small amounts of water in get to the nuclear reactor. The drip device is preferably on the outer wall of the return line systems arranged, preferably as down open gutter.

In der Zeichnung ist die Erfindung anhand eines Ausfüh rungsbeispiels näher veranschaulicht. Es zeigen:In the drawing, the invention is based on an embodiment example illustrated. Show it:

Fig. 1 eine Dampferzeugungsanlage bestehend aus Kern reaktor und Dampferzeuger im Vertikalschnitt; Figure 1 is a steam generating plant consisting of core reactor and steam generator in vertical section.

Fig. 2 einen Vertikalschnitt durch den unteren Bereich des Wärmetauschers mit der erfindungsgemäßen Schwimmerventileinrichtung; Figure 2 is a vertical section through the lower region of the heat exchanger with the inventive float valve means.

Fig. 3 einen Vertikalschnitt durch eine zweite Ausbil dung der erfindungsgemäßen Schwimmerventilein richtung und Fig. 3 shows a vertical section through a second training of the Schwimmerventilein direction and

Fig. 4 einen Vertikalschnitt durch eine dritte Ausfüh rungsform der erfindungsgemäßen Schwimmerven tileinrichtung. Fig. 4 is a vertical section through a third embodiment of the Schwimmerven tileinrichtung invention.

Fig. 1 zeigt den grundsätzlichen Aufbau einer Dampferzeu gungsanlage 1 nach dem Modulprinzip mit den Hauptkompo nenten Kernreaktor 2 und Dampferzeuger 3 in schematischer Darstellung. Der Kernreaktor 2 ist von einem Reaktor druckbehälter 4 und der Dampferzeuger 3 von einem Wärme tauscherdruckbehälter 5 umgeben. Fig. 1 shows the basic structure of a steam generation system 1 according to the module principle with the main compo nents nuclear reactor 2 and steam generator 3 in a schematic representation. The nuclear reactor 2 is surrounded by a reactor pressure vessel 4 and the steam generator 3 by a heat exchanger pressure vessel 5 .

Der Kernreaktor 2 ist als Hochtemperatur-Kugelhaufen- Reaktor ausgebildet und weist einen zylindrischen Reak torkern 6 auf, der von einer Außenwandung 7 umgeben ist und in den kugelförmige Brennelemente - beispielhaft mit 8 bezeichnet - aufeinandergeschichtet sind. Aufgrund ge kannter Mechanismen erzeugen die Brennelemente 8 inner halb des Reaktorkerns 6 eine hohe Temperatur.The nuclear reactor 2 is designed as a high-temperature pebble-bed reactor and has a cylindrical reactor core 6 , which is surrounded by an outer wall 7 and in the spherical fuel elements - denoted 8 by way of example - are stacked on top of one another. Because of known mechanisms, the fuel elements 8 generate a high temperature within the reactor core 6 .

In dem Wärmetauscherdruckbehälter 5 des Dampferzeugers 3 ist ein zylindrischer Wärmetauscher 9 angeordnet, der in einem Sekundärkreislauf mit an der Unterseite angeschlossener Zuströmleitung 10 und an der Oberseite anschließen der Abströmleitung 11 sitzt. In dem Sekundärkreislauf zirkuliert entsprechend den eingezeichneten Pfeilen Was serdampf, der in dem Wärmetauscher 9 erhitzt wird und über die Abströmleitung 11 für jeweils geeignete Zwecke verwendet werden kann, beispielsweise zur Erzeugung von elektrischer Energie in einer Dampfturbine, zur Fernwär meversorgung oder zu Prozeßzwecken.A cylindrical heat exchanger 9 is arranged in the heat exchanger pressure vessel 5 of the steam generator 3 and is seated in a secondary circuit with an inflow line 10 connected to the underside and the outflow line 11 connecting to the top. In the secondary circuit circulates according to the arrows shown what steam, which is heated in the heat exchanger 9 and can be used via the discharge line 11 for suitable purposes, for example for the generation of electrical energy in a steam turbine, for district heating supply or for process purposes.

Der Innenraum des Reaktordruckbehälters 4 und der obere Raum des Wärmetauscherdruckbehälters 5 sind über ein Au ßenrohr 12 verbunden. Das Außenrohr 12 wird koaxial von einem Zuströmrohr 13 durchsetzt, das einerends an die Un terseite des Reaktorkerns 6 und anderenends an einen Zu strömraum 14 oberhalb des Wärmetauschers 9 angeschlossen ist. Über die Zuströmleitung 10 und den Zuströmraum 14 strömt Helium als Wärmeträgergas entsprechend den einge zeichneten Pfeilen aus dem Reaktorkern 6 in die Primär seite des Wärmetauschers 9 und sorgt so für eine Aufhei zung des die Sekundärseite des Wärmetauschers 9 durch strömenden Dampfes, der über die Zuströmleitung 10 des Sekundärkreislaufs zugeführt wird.The interior of the reactor pressure vessel 4 and the upper space of the heat exchanger pressure vessel 5 are connected via an outer tube 12 . The outer tube 12 is coaxially penetrated by an inflow tube 13 , which is connected at one end to the underside of the reactor core 6 and at the other end to a flow space 14 above the heat exchanger 9 . Via the inflow line 10 and the inflow space 14 , helium flows as heat carrier gas in accordance with the arrows drawn in from the reactor core 6 into the primary side of the heat exchanger 9 and thus ensures heating of the secondary side of the heat exchanger 9 by flowing steam which flows through the inflow line 10 of the secondary circuit is supplied.

Das Helium tritt untenseitig über eine Ringfläche aus dem Wärmetauscher 9 aus und wird über den Boden 15 des Wärme tauscherdruckbehälters 5 nach außen in ein Rückströmlei tungssystem entsprechend den eingezeichneten Pfeilen um 180° umgelenkt. Das Helium tritt dabei zunächst in einen ringförmigen Rückströmabschnitt 16 ein und strömt dort zwischen Außenwand des Wärmetauschers 9 und Innenwand des Wärmetauscherdruckbehälters 5 nach oben. Dort gelangt es in Ansaugrohre 18, 19 eines Gebläses 20, das im oberen Be reich des Dampferzeugers 3 angeordnet ist. Das Gebläse 20 drückt das Helium über das Außenrohr 12 in den unteren Bereich des Reaktordruckbehälters 4, von wo es über Rück strömkanäle 21, 22 zur Oberseite des Reaktorkerns 6 ge langt. Dort kann es in die Schüttung der Brennelemente 8 eindringen und nach unten strömen, wodurch es entspre chend erhitzt wird. Anschließend tritt es wieder in das Zuströmrohr 13 ein.The helium emerges on the underside via an annular surface from the heat exchanger 9 and is deflected via the bottom 15 of the heat exchanger pressure vessel 5 to the outside into a return flow system according to the arrows shown by 180 °. The helium first enters an annular backflow section 16 and flows up there between the outer wall of the heat exchanger 9 and the inner wall of the heat exchanger pressure vessel 5 . There it arrives in intake pipes 18 , 19 of a blower 20 , which is arranged in the upper region of the steam generator 3 . The blower 20 presses the helium over the outer tube 12 into the lower region of the reactor pressure vessel 4 , from where it flows back channels 21 , 22 to the top of the reactor core 6 ge. There it can penetrate into the bed of fuel elements 8 and flow downwards, causing it to be heated accordingly. Then it enters the inflow pipe 13 again.

In Fig. 1 ist die erfindungsgemäße Schwimmerventilein richtung aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht einge zeichnet. Fig. 2 zeigt eine vergrößerte Darstellung des linken unteren Bereichs des Dampferzeugers 3 mit dem Wär metauscherdruckbehälter 5 und dem Wärmetauscher 9. Unter halb des Wärmetauschers 9 ist eine Schwimmerventilein richtung 23 angeordnet. Diese weist eine nach oben offe ne, im Querschnitt U-förmige Schwimmerkammer 24 auf, wel che außenseitig von dem Wärmetauscherdruckbehälter 5 so wie unten- und innenseitig von einem Winkelprofil 25 be grenzt wird, das über eine Schweißnaht 26 an der Innen wand des Wärmetauscherdruckbehälters 5 angeschweißt ist. Das Winkelprofil 25 und damit die Schwimmerkammer 24 er strecken sich ringförmig über den inneren Umfang des Wär metauscherdruckbehälters 5. In die Schwimmerkammer 24 ist ein ebenfalls ringförmiger, im Querschnitt im wesentli chen rechteckiger Schwimmer 27 angeordnet. Sein Quer schnitt ist so bemessen, daß er genügenden Abstand zur Innenseite des Wärmetauscherdruckbehälters 5 und der gegenüberliegenden Seite des Winkelprofils 25 hat. Im obe ren Bereich hat der Schwimmer 27 außenseitig eine Schräge 28, die eine Verklemmung mit dem Wärmetauscherdruckbehäl ter 5 vermeiden soll. Innenseitig ist ein Ringsteg 29 ausgebildet, der gegenüber einem untenseitig an dem Wär metauscher 9 angebrachten Winkelprofil 30 liegt.In Fig. 1 the Schwimmerventilein direction is not drawn for reasons of clarity. Fig. 2 shows an enlarged view of the lower left region of the steam generator 3 with the heat exchanger pressure tank 5 and the heat exchanger 9th Under half of the heat exchanger 9 , a Schwimmerventilein device 23 is arranged. This has an upwardly open, cross-sectionally U-shaped float chamber 24 , which is che on the outside of the heat exchanger pressure vessel 5 as well as below and inside is delimited by an angle profile 25 , which has a weld seam 26 on the inner wall of the heat exchanger pressure vessel 5 is welded on. The angle profile 25 and thus the float chamber 24 he stretch annularly over the inner circumference of the heat exchanger pressure vessel 5th In the float chamber 24 is also an annular, in cross section in wesentli Chen rectangular float 27 is arranged. Its cross section is dimensioned such that it has sufficient distance to the inside of the heat exchanger pressure vessel 5 and the opposite side of the angle profile 25 . In the upper area, the float 27 has a bevel 28 on the outside, which is intended to prevent jamming with the heat exchanger pressure vessel 5 . On the inside, an annular web 29 is formed, which is opposite an angle profile 30 attached to the underside of the heat exchanger 9 .

In dem Rückströmabschnitt 16 ist ein Tropfenfänger 31 an geordnet. Hierbei handelt es sich um ein an die Innenwand des Wärmetauscherdruckbehälters 5 angeschweißtes, über dessen gesamten Umfang gehendes Winkelprofil, das zusam men mit dem Wärmetauscherdruckbehälter 5 einen nach unten offenen Ringraum 32 einschließt. Der Tropfenfänger 31 verkleinert den Durchströmquerschnittrückströmabschnittes 16 um etwa ein Drittel.In the return flow section 16 , a drip catcher 31 is arranged. This is a welded to the inner wall of the heat exchanger pressure vessel 5 , over its entire circumference angular profile, which together with the heat exchanger pressure vessel 5 includes a downwardly open annular space 32 . The drip 31 reduces the Durchströmquerschnittrückströmabschnittes 16 by about one third.

Normalerweise, d. h. bei intaktem Dampferzeuger 3, befin det sich der Schwimmer 27 in der punktiert dargestellten Stellung, so daß der Zugang zu dem Rückströmabschnitt 16 offen ist und das Helium ungestört zirkulieren kann.Normally, ie with the steam generator 3 intact, the float 27 is in the position shown in dotted lines, so that access to the return flow section 16 is open and the helium can circulate undisturbed.

Tritt ein Störfall in Form einer Leckage im Wärmetauscher 9 ein und versagt dabei das Reaktorschutzsystem, so daß das Gebläse 20 und auch die Speisewasserpumpen im Sekun därkreislauf nicht abgeschaltet werden, tritt Wasser in folge des höheren Druckes im Sekundärkreislauf in den Primärkreislauf ein. Das eingeströmte Wasser liegt dabei im allgemeinen in Form eines Gemisches aus Dampf und kleinen Wassertropfen vor. Der Dampf mischt sich mit dem Helium und wird durch das Gebläse 20 in den Reaktorkern 6 transportiert. Größere Wassertropfen (d < 200 µm) sammeln sich infolge des Dichteunterschiedes durch Sedimentation auf dem Boden 15 des Wärmetauscherdruckbehälters 5. Mitt lere Wassertropfen (20 µm < d < 200 µm) werden durch die 180°-Umlenkung im Bereich der Unterseite des Wärmetau schers 9 und des Übergangs in den Rückströmabschnitt 16 infolge der dann wirkenden Massenkräfte an der Innenwand des Wärmetauscherdruckbehälters 5 abgeschieden. Sie ver einigen sich dort zu Rinnsalen, die in dem Rückströmab schnitt 16 von dem Heliumgasstrom nicht mehr mitgerissen werden können, weil der Tropfenfänger 31 dies verhindert. Kleinere Rinnsale agglomerieren zu größeren, die infolge der Schwerkraft nach unten in die Schwimmerkammer 24 ein fließen. Hierdurch erhält der Schwimmer 27 Auftrieb, bis die Oberseite des Schwimmers 27 an der Unterseite des Winkelprofils 30 zur Anlage kommt und damit den Zugang zum Rückströmabschnitt 16 verschließt. Der Primärkreis lauf ist folglich unterbrochen, so daß ein Transport von Tropfen und Dampf in den Reaktorkern 6 nicht mehr möglich ist. Die dann noch an dem Wärmetauscherdruckbehälter 5 befindliche Flüssigkeit läuft weiterhin in die Schwimmer kammer 24 und verstärkt hierdurch die Auftriebskraft des Schwimmers 27 und damit den Anlagedruck an dem Winkelpro fil 30. Verstärkt wird die Dichtigkeit zwischen Schwimmer 27 und Winkelprofil 30 durch den vom Gebläse 20 ausgehen den und auf den Schwimmer 27 wirkenden Unterdruck.If an accident occurs in the form of a leak in the heat exchanger 9 and the reactor protection system fails, so that the fan 20 and also the feed water pumps in the secondary circuit are not switched off, water occurs as a result of the higher pressure in the secondary circuit in the primary circuit. The inflowing water is generally in the form of a mixture of steam and small drops of water. The steam mixes with the helium and is transported into the reactor core 6 by the fan 20 . Larger water drops (d <200 μm) collect due to the difference in density due to sedimentation on the bottom 15 of the heat exchanger pressure vessel 5 . Medium-sized water drops (20 µm <d <200 µm) are separated by the 180 ° deflection in the area of the underside of the heat exchanger 9 and the transition into the return flow section 16 due to the then acting mass forces on the inner wall of the heat exchanger pressure vessel 5 . They agree there to rivulets that cut in the Rückströmab 16 from the helium gas stream can no longer be carried away because the drip 31 prevents this. Smaller rivulets agglomerate into larger ones, which flow downward into the float chamber 24 as a result of gravity. This gives the float 27 buoyancy until the top of the float 27 comes to rest on the underside of the angle profile 30 and thus closes the access to the return flow section 16 . The primary circuit is consequently interrupted, so that a transport of drops and steam in the reactor core 6 is no longer possible. The then still on the heat exchanger pressure tank 5 liquid continues to run into the float chamber 24 and thereby increases the buoyancy of the float 27 and thus the system pressure on the Winkelpro fil 30th The tightness between the float 27 and the angular profile 30 is strengthened by the underpressure emanating from the fan 20 and acting on the float 27 .

Untersuchungen haben ergeben, daß die Abdichtung und da mit die Unterbrechung des Primärkreislaufs durch den Schwimmer 27 nur wenige Minuten nach Beginn des Störfalls eintritt, so daß nur geringe Mengen an Dampf und Wassertropfen in den Reaktorkern 6 gelangen. Darüber hinaus ist anzunehmen, daß der Motor des Gebläses 20 durch die Un terbrechung des Strömungsweges infolge Überhitzung funk tionsuntüchtig wird oder über eine Sicherung abgeschaltet wird, so daß auf das Helium keine Transportkräfte mehr wirken.Investigations have shown that the seal and since the interruption of the primary circuit by the float 27 occurs only a few minutes after the start of the accident, so that only small amounts of steam and water drops get into the reactor core 6 . In addition, it can be assumed that the motor of the blower 20 becomes unfunctional due to the interruption of the flow path as a result of overheating or is switched off via a fuse, so that no transport forces act on the helium.

In Fig. 3 ist eine abweichende Ausführungsform einer Schwimmerventileinrichtung 33 in der gleichen Darstel lungsweise wie in Fig. 2 gezeigt, wobei der Einfachheit halber für gleiche Teile gleiche Bezugsziffern verwendet werden. Auch hier wird eine im Querschnitt rechteckige, sich ringförmig über den inneren Umfang des Wärmetau scherdruckbehälters 5 erstreckende Schwimmerkammer 24 mittels eines Winkelprofils 25 gebildet, das in diesem Fall nicht angeschweißt ist, sondern auf einem Absatz 34 ruht. In der Schwimmerkammer 24 befindet sich ein eben falls ringförmiger Schwimmer 35, der obenseitig anders ausgebildet ist als der Schwimmer 27 gemäß Fig. 2. Er hat einen symmetrisch vorstehenden, im Querschnitt trapezför migen Steg 36. Untenseitig ruht der Schwimmer 35 auf Vor sprüngen 37. Hierdurch ergibt sich eine kleine Kontakt fläche zwischen Schwimmer 35 und Boden der Schwimmerkam mer 24, wodurch ein Anhaften infolge Korrosion oder Ver kleben weitestgehend vermieden wird. Außerdem hat diese Ausbildung den Vorteil, daß das in die Schwimmerkammer 24 eintretende Wasser sofort unter den Schwimmer 35 fließen und für den notwendigen Auftrieb sorgen kann. Ein Anhaf ten des Schwimmers 35 durch eventuell auftretende Kapil larkräfte ist somit ausgeschlossen. FIG. 3 shows a different embodiment of a float valve device 33 in the same representation as in FIG. 2, the same reference numerals being used for the same parts for the sake of simplicity. Again, a cross-sectionally rectangular, annularly over the inner circumference of the Wärmetau shear pressure vessel 5 extending float chamber 24 is formed by means of an angle profile 25 , which is not welded in this case, but rests on a shoulder 34 . In the float chamber 24 there is a ring-shaped float 35 , which is designed differently on the top side than the float 27 according to FIG. 2. It has a symmetrically projecting web 36 with a trapezoidal cross section. On the underside, the float 35 rests on jumps 37 . This results in a small contact area between the float 35 and the bottom of the Schwimmerkam mer 24 , whereby adhesion due to corrosion or sticking is largely avoided. In addition, this design has the advantage that the water entering the float chamber 24 immediately flows under the float 35 and can provide the necessary buoyancy. An adhesion of the float 35 by capillary forces that may occur is therefore excluded.

Im Störfall schwimmt der Schwimmer 35 in die gestrichelt dargestellte Stellung auf und verschließt den Zugang zu dem Rückströmabschnitt 16 infolge Anlage an dem Wärmetau scher 9.In the event of a malfunction, the float 35 floats to the position shown in dashed lines and closes access to the return flow section 16 as a result of contact with the heat exchanger 9 .

Die Ausführungsform einer Schwimmerventileinrichtung 38 gemäß Fig. 4 unterscheidet sich von der gemäß Fig. 3 le diglich dadurch, daß anstatt eines im Querschnitt im we sentlichen rechteckigen Schwimmers 27 ein torusförmiger Schwimmer 39 in die Schwimmerkammer 24 eingesetzt ist. Auch hier ist ein Anhaften am Boden der Schwimmerkammer 24 infolge Korrosion, Verkleben oder durch Kapillarkräfte weitestgehend ausgeschlossen. Beim Einfließen von Wasser in die Schwimmerkammer 24 infolge eines Lecks im Wärme tauscher 9 schwimmt der Schwimmer 39 in die gestrichelt dargestellte Stellung auf und verschließt somit den Zu gang zum Rückströmabschnitt 16, d. h. die Zirkulation des Heliums ist dann unterbrochen, und eine Zufuhr von Dampf oder Wassertropfen in den Reaktorkern 6 nicht mehr mög lich.The embodiment of a float valve device 38 according to FIG. 4 differs from that according to FIG. 3 le diglich in that instead of a rectangular float 27 in cross section we use a toroidal float 39 in the float chamber 24 . Here too, adherence to the bottom of the float chamber 24 as a result of corrosion, sticking or by capillary forces is largely ruled out. When water flows into the float chamber 24 as a result of a leak in the heat exchanger 9, the float 39 floats to the position shown in dashed lines and thus closes the access to the return flow section 16 , ie the circulation of the helium is then interrupted, and a supply of steam or Water drops in the reactor core 6 no longer possible.

Claims

1. Steam generation system ( 1 ), consisting essentially of a nuclear reactor ( 2 ) with a reactor core ( 6 ) and a steam generator ( 3 ) with a heat exchanger ( 9 ), the reactor core ( 6 ) and heat exchanger ( 9 ) via a circulation line system for the Circuit of a heat transfer gas are connected and the circulation line system, an inflow line system ( 13 ) for supplying the heat transfer gas heated in the reactor core ( 6 ) to the heat exchanger ( 9 ) and a return flow line system ( 16 , 12 , 21 , 22 ) for returning the heat transfer gas from the Has heat exchanger ( 9 ) to the reactor core ( 6 ), characterized in that the return line system ( 16 ) is assigned a float valve device ( 23 , 33 , 38 ) via which the return line system ( 16 ) can be closed.

2. Steam generation system according to claim 1, characterized in that the float valve device ( 23 , 33 , 38 ) is designed such that the liquid separating from the walls of the return flow line system ( 16 ) flows into the float valve device ( 38 ).

3. Steam generating plant according to claim 1 or 2, characterized in that the Schwimmerventilein direction ( 23 , 33 , 38 ) is arranged in the region of the heat exchanger ( 9 ).

4. Steam generation system according to claim 3, characterized in that the heat exchanger ( 9 ) has an underside outlet in the return flow line system ( 16 ) and the return flow line system has an upstream on the outside of the heat exchanger ( 9 ) return flow section ( 16 ) and the Schwimmerven valve device ( 23 , 33 , 38 ) is arranged in the region of the underside of the heat exchanger ( 9 ).

5. Steam generation system according to claim 4, characterized in that the float valve device ( 23 , 33 , 38 ) is arranged at the beginning of the backflow section ( 16 ).

6. Steam generation system according to one of claims 1 to 5, characterized in that the float valve device ( 23 , 33 , 38 ) is designed as an annular float valve which extends below the inlet of the return flow line system ( 16 ).

7. Steam generating plant according to claim 6, characterized in that the float valve has an annular float chamber ( 24 ), in which little least a float ( 27 , 35 , 39 ) is arranged.

8. Steam generating plant according to claim 7, characterized in that in the float chamber ( 24 ) a single annular float ( 27 , 35 , 39 ) is arranged.

9. Steam generation system according to one of claims 7 or 8, characterized in that the float ( 27 , 35 , 39 ) is designed such that it bears sealingly on the heat exchanger ( 9 ) in the closed position of the float valve device ( 23 , 33 , 38 ).

10. Steam generation system according to one of claims 1 to 9, characterized in that in the return flow line system ( 16 ) a drip device ( 31 ) above the float valve device ( 23 , 33 , 38 ) is provided and that the drip device ( 31 ) in the return line system ( 16 ) is arranged and designed such that the liquid collected flows into the float valve device ( 23 , 33 , 38 ).

11. Steam generating plant according to claim 10, characterized in that the drip-catcher ( 31 ) on the outer wall ( 5 ) of the return line system ( 16 ) is arranged.

12. Steam generating plant according to claim 11, characterized in that the drip catcher ( 31 ) is formed as a downwardly open collecting channel (s) ( 32 ).